無線通信基站防雷設計與接地技術

潘永

（中國電信股份有限公司廣西分公司廣西 南寧市 530021）

無線通信基站防雷設計與接地技術

潘永

（中國電信股份有限公司廣西分公司廣西 南寧市 530021）

雷電是一種能量巨大而且難以控制的自然力量。雖然科學技術已經取得了很大的進步，但是截至目前人類對于雷電的控制還是微乎其微。本文將從無線通信基地雷害現象分析、無線通信基站防雷接地的主要目標、無線通信基站防雷技術設計以及無線通信基站接地技術設計這四個方面進行研究，以期為無線通信基站防雷工作的進一步開展提供指導。

無線通信基站；防雷技術；接地技術；雷電感應

引言

無線通信基站是指安裝在寫字樓、居民住宅等高層建筑之上，或者是建立在鐵塔之上的移動通信天線裝置。由于這一裝置所處的位置較高，所以往往容易受到雷電襲擊而造成設備的損壞。但是雷電作為一種不可控的自然力量，我們不可能完全杜絕它的影響，只能在實踐過程當中盡量減少雷電帶來的影響。

1 無線通信基地雷害現象分析

無線通信基地較之于一般建筑物高度更高，因此其被雷電擊中的幾率也相對較高。這個問題關系到國計民生，因此在很長的時間內都被廣泛關注著，我們也已經按照防雷的要求采取了多種手段以盡量減少雷害發生的頻率以及其帶來的影響。比如，現在很多無線電基地建立了高達100kA的大型防雷器來提高整個系統的防雷能力。但是即使安裝了這種大功率防雷器的基地依舊不時發生雷擊世間，損壞了不少的基站設備。事實證明，采用大功率防雷器這種措施的防雷效果并不是十分顯著。“知己知彼，百戰不殆”，要想更好地提高無線通信基地防雷系統的效能，我們首先要對基站雷害發生的原因以及防雷器失效的原因進行深入分析。通過分析近年來發生的無線通信基地雷擊事件，我們可以得出以下結論：直擊雷對基站內設備的損害較小、雷電感應破壞基站內設備的可能性也幾乎不存在，而地電壓反擊和雷電波侵入才是造成無線通信基地雷害的主要原因，諸多基站設備的破壞都是由上述兩個原因所引起的。因此無線通信基站雷害事件的主要表現特征就是單相交流和直流設備損壞相對嚴重。了解了表面現象之后，我們就需要透過這些現象看本質，對無線通信基站雷害進行分析。

為什么在雷害中直擊雷和雷電感應對無線通信基站設備的影響相對較小？①架空線路避雷系統的建立、建筑防雷外圍系統的完善以及沿鐵路避雷系統的建立使得避雷系統的雷電流只能通過外圍瀉放，這就很好地避免了基站設備受到直擊雷的損害。諸如室外電力變壓器此類的無線通信基站設備通常放置的位置較低，這樣一來，架空線路避雷系統就可以對其進行一個相對完善的保護。②一些基本的防雷設施也會對其起到一定的保護作用（包括上文中提到的那種大功率防雷器）。同時，我們知道大地是很好的導體，因此接地技術是很多無線通信基站采取的主要防雷措施之一。他們將基站內的金屬物全部進行接地保護，很多程度上避免了雷電感應可能會帶來的影響。

2 無線通信基站防雷接地的主要目標

在無線通信基站雷害分析這部分內容中，我們已經提到地電壓反擊和雷電波侵入是造成無線通信基站設備受損的主要原因，因此無線通信基站防雷接地的主要目標就是防止地電壓反擊。

大地是天然的導體，但是正常環境當中的導體都有著或大或小的電阻，因此如果無線通信基站附近的避雷器要是對地進行雷電流瀉放，大地電阻的存在就容易導致基站所在地的點位升高。開關電源的監控單元、無線通信基站的檢測器等金屬器具的移動端接地和避雷器瀉放的雷電流都增加了基站所在地的電位，無流端地面點位相對較低，這就在二者之間產生了一定的電位差，從而產生差模脈沖電壓。當這種電壓達到一定積累之后勢必會對整個設備的安全造成不良的影響，其中最簡單的就是損害設備。舉一個例子進行分析。

如圖1，負載兩端電壓最高限度是6kV，無線通信基站地面電阻為3Ω，此時假如無線通信基站附近的避雷器對地進行雷電流瀉放產生的瀉放電流高于高于2kV就會導致負載兩端的瞬間電壓超過最高限度，進而對設備造成不良的影響。

圖1

3 無線通信基站防雷技術設計

雷電是我們人力無法控制的自然力量，現代科學發展至今也尚未具備消滅雷擊的能力，因此雷電對于一些高建筑而言依舊是一個不定時炸彈，是一個很大的安全隱患。無線通信基站由于其功能的特殊需要，必須有一定的高度，多以雷電對于其建筑本身和建筑內設備都具有著很大的影響。在無線通信基站建立的時候，掌握雷電以及無線通信基站的特征做好充分、科學的防雷技術設計，可以有效減少雷電對其的破壞。目前，我國無線通信基站在防雷設計當中采取的技術手段主要有以下幾個：雷電屏蔽、等電位連接、選用電源線路保護空開、接口保護、因地制宜、絕緣配合技術等。

3.1 雷電屏蔽

雷電屏蔽這一技術手段是指對無線通信基站自身的電磁屏蔽性能進行充分利用，適當使用導電材料對交變電磁場進行控制，進而大幅度的降低雷電對無線通信基站的穿透能力，以減少其對于相關設備的破壞。雷電是什么？雷電本身就是一種交變電流，這種交變電流的電流量相當大。我們都知道，交變電流可以在周圍形成交變電磁場，電流越大，形成的交變電磁場也越大，因此雷電在高速傳遞的過程中形成的交變電磁場也是相當巨大，正因為如此，雷電的力量人力往往難以控制。但是電磁場雖然破壞力強、難以控制，但是屏蔽技術卻可以限制其影響力，因此在無線通信基地建設中我們要充分利用雷電屏蔽這一技術手段。

3.2 等電位連接

電流之所以會傳遞，是因為兩端存在電位差，因此要想有效減小雷電對于無線通信基地的影響，要充分利用等電位連接這一技術手段。等電位連接設計的具體操作是將無線通信基站設備放置于導電性能較好的金屬管道中，一旦發生雷擊事件而高電位物體，放置設備的金屬管道就可以迅速與高電位物體建立連接并進行電流的傳導，這樣一來就可以將基站裝置的壓力轉移至管道，有效防止高電位電擊對設備的破壞。

3.3 接口保護

無線通信基站是一個復雜的系統，技術性較高，因此其設計當中有著較多的接口角，比如用來提供動力的電源接口、用來傳輸信號的信號接口、用來防止電擊現象出現的接地接口以及饋線接口等。這些接口的作用很大，但是這些接口也是雷害的重災區，因為雷電可以通過影響這些接口而干擾無線通信基站的工作。因此要想提高無線通信基站的防雷水平，設計者在設計的時候就要充分考慮對這些接口的保護，進行有效的防護設計。接口防護設計的原理是減弱接口之間的電位差。

4 無線通信基站接地設計

無線通信基站防雷工作的另一個重心就是做好接地設計。接地設計是指在進行無線通信基站建設的時候將通信基站與大地進行連接，因為大地是一個天然的導體，同時大地可以延伸到無限遠處，因此接地設計可以使得雷電襲擊可能會產生的高壓電流可以在短時間內傳遞到遠處，進而避免對基地設備產生影響。接地設計的主要內容如下：

4.1 基于基站鐵塔的饋線接地

雷電襲擊往往最先發生于高處，基站鐵塔避雷設施是無線通信基站最高的地方，因此基站鐵塔饋線接地的作用可以被認為是“誘餌”，即以自己的高度優勢引開雷電的襲擊，進而盡可能地減少雷電對基站設備的影響。基站鐵塔上饋線要在無線通信基站的外側接入地面，并與相應的接地線網有效連接，避免因為饋線太靠近通信基站而導致雷電感應引起不必要的麻煩。

4.2 基于輕型樓頂塔的接地設計

無線通信基站要有一定的高度，所以這類基地通常會建造在寫字樓、居民住宅等高層建筑物的樓頂之上，因此這種無線通信基站的接地設計要充分考慮底部建筑。要充分利用高層建筑的優勢，也要了解建筑特色，避免發生意外。基于輕型樓頂塔的接地設計通常有以下三種形式：①將輕型樓頂塔的腳與高層建筑的避雷帶接地端連接。②將輕型樓頂塔與高層建筑避雷網預留接地端進行連接。③將其與高層建筑物與大地連接的金屬管道連接。在進行連接的時候一定要仔細審查接地端距離是否足夠遠？會不會對無線通信基站造成干擾？雷電瀉流會不會給高層建筑造成破壞？總而言之，就是確定底部接地管道的安全性。

4.3 低壓電纜引入工作中的接地設計

移動無線通信基站的供電是三項制，基本不需要安裝專門的變壓器，所以無線通信基站的電基本是采用低壓電纜引入。低壓電纜在引入的時候：①要注意接地設計中對電纜的保護；②要注意電纜埋地的規則，即要埋在至少0.7m深的地底，埋在地底的電纜長度也要不少于15m，并且在地面上必須設置醒目的標識（明線引入高山站除外）。

5 總結

綜上所述，我們已經認識到了無線通信基站中雷擊產生的原因和雷害的基本表現，并有針對性地提出了具體的防范目標，即防止地電壓反擊和減少雷電感應。目前我們主要采用雷電屏蔽、等電位連接、接口保護等技術手段進行防雷設計和接地設計，以減少雷擊對無線通信基站設備的不利影響，進而確保無線通信設備的正常運行。

[1]黃明招.無線通信基站防雷設計與接地技術探討[J].科技展望，2016，26（8）：116.

[2]聶淼.淺談如何實現移動通信基站的防雷與接地[J].通訊世界，2015（11）：14～15.

[3]許能文.移動通信基站的防雷保護[J].企業技術開發（下半月），2015，34（24）：57～60.

TM862

A

1004-7344（2016）16-0288-02

2016-5-23

潘永（1957-），男，工程師，本科，主要從事通信技術工作。